附件 2：

适用于染料敏化太阳能电池的聚甲基丙烯酸酯类准固态电解质的研究（2010J00026）

课题来源： 教师科研专业要求： 高分子材料与工程指导老师： 戴玉华（副教授）成员名单： 李洁莲（项目负责人，高 073）、王精炼（高 073）

项目简介（300～500字）随着经济的发展和人类社会的进步，以往使用的化石燃料如煤、石油、天然气等终有

一天会耗尽，并且由于燃烧产生的大量二氧化碳，造成了全球气候变暖、温室效应等现象世界各国正面临着两大难题：能源危机和环境污染。因此开发清洁、可再生的新能源已成为世界各国的当务之急。太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽、利用成本低，且不受地理条件限制等诸多优

点，是一种解决能源和环境问题的理想能源。而太阳能转化为电能 (太阳能电池)是太阳能利用的最有潜力的方法之一。1991年，瑞士 Grätzel教授等提出的染料敏化太阳能电池(DSSCs)成为太阳能电池发展的新的里程碑。太阳能电池迅速发展，表现出巨大的应用前景。目前的 DSSCs主要采用含有 I-/I3-氧化还原电对的液体电解质，虽然具有较高的光电转

换效率，但液体电解质存在着密封工艺复杂、易泄漏、易挥发等问题，在长期工作过程中性能下降，使用寿命缩短。而采用准固态或固态电解质来制备 DSSCs电池能很好地解决这一问题。由于固态电解质的电导率较低，而且与 TiO2电极面的接触不好，电解质不易向孔中渗透，导致固态电池的效率不高。而准固态电解质既解决了液体电解质易于流动的问题同时还具有较高的电导率，与 TiO2电极面的接触良好，使准固态电池的转换效率高于固态电池，为DSSCs的产业化提供了可能。另外，我国存在着能源短缺和环境恶化的现实，因此，在大力提高现有能源效率的同

时开发以太阳能为主的新能源，是我国能源工业发展的战略之举。本课题主要以甲基丙烯酸丁酯(BMA)和 N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体，采用溶液共

聚法制备了一系列 P(BMA-NVP)共聚物。研究了单体(NVP)用量、引发剂(AIBN)用量和交联剂(TEGDMA)用量对凝胶电解质电导率的影响。用此共聚物作为凝胶电解质基体，固化液态电解质后得到准固态凝胶电解质，取代传统的液体电解质制备准固态染料太阳能电池通过优化聚合物的制备条件：NVP 用量为 40%、AIBN用量为 2%、TEGDMA用量为0.4%，制备的共聚物固化液态电解质后得的聚合物凝胶电解质的电导率(σ)最高达 3.55mS/cm。用此凝胶电解质组装成染料敏化太阳能电池在 100mW/cm2 (AM1.5)光强下，测得的 I-V曲线。电池的短路电流(Jsc )、开路电压(Voc)、填充因子(FF)和光电转化效率(η)分别为11.37mA/cm2、640mV、0.3897、2.85%。此外，我们还参与了部分关于 TiO2膜厚度对电池

性能影响的研究工作，研究成果已经发表在 Advanced Materials Research Vols. 152-153 (2011) pp 739-742和Advanced Materials Research Vols. 415-417 (2012) pp 1586-1589。

成果简介（）

这是我们用优化后的准固态电解质组装的染料敏化太阳能电池（ DSSCs ） ， 在100mW/cm2(AM1.5) 的模拟光照下，电池的短路电流 (Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子 (FF)和光电转化效率(η)分别为11.37mA/

c

m2、640mV、0.3897、2

.85%。

基于凝胶电解质的染料敏化太阳能电池（DSSCs）（图片 1）

项目成员简介（左侧为项目组成员照片，右侧为简介，举例如下：）

项目成员：李洁莲、王精炼，均为高分子专业学生（照片中从左至右依次）

项目组成员（图片 2）

项目过程照片（左侧为研究过程图片，右侧为图片简介，举例如下：）

根据测试得到的DSC 电池的光伏性能参数，对电解质体系的进行选择。

王精炼同学正在进行电池光伏性能测试（图片 3）

成果相关附件（已发表的论文、实物成果应用前景评价或技术经济分析报告、专利证书、调查报告、研究报告等等成果证明材料）两篇发表论文的摘要论文 1 发表于 Advanced Materials Research Vols. 152-153 (2011) pp 739-742，论文作者Yuhua Dai, Jinglian Wang, Jielian Li, Qiufei Shi摘要如下：

The dye – sensitized solar cell (DSSC) is an attractive and promising device for solar cell applications that have been intensively investigated worldwide. DSSC consists of a nano TiO2 film of the photo electrode, dye molecules absorbed on the surface of TiO2 film, an electrolyte layer and a Pt counter electrode. Among these, the nanoporous TiO2 film plays an important role because it can adsorb a large amount of dye molecules which provide electrons. Therefore, the TiO2 film affects the cell performance. In this paper, the characteristics of DSSCs with different TiO2 film thicknesses were studied by using electrochemical impedance spectroscopy(EIS). The impedance component attributed to TiO2|electrolyte interface indicated that the small semicircle and low characteristic frequency was essential for high performance DSSC. An optimum overall conversion efficiency( η％ ) of 5.54% was obtained in the DSSC assembled with the TiO2 film thickness of 8.86μm.论文 2 关于电解质的论文发表在 Advanced Materials Research Vols. 415-417 (2012) pp 1586-1589 ， 论 文 作 者 Yuhua Dai, Xiaolei Wang, Jinglian Wang, Mingshan Yang(戴玉华、孙效雷，王精炼，杨明山)。摘要如下：

A series of copolymers P(VP-HEMA) composed of hydroxyl ethyl methacrylate (HEMA)and 4-vinyl pyridine (VP) were prepared by a solution copolymerization

technique. Based on the copolymer P(VP-HEMA) prepared by the content of VP 50%, the amount of AIBN 3% and the optimized liquid electrolyte, a polymer solution electrolyte with concentration of 9.0% was formed. By addition of 1,4-dibromobutane into the solution, the copolymer gel electrolyte with higher conductivity 6.14mS/cm was prepared. Gelation is caused by the quaterisation between the group of pyridine in P(HEMA-VP) and 1,4-dibromobutane. Based on the copolymer gel electrolyte, a dye-sensitized solar cell was fabricated with short-circuit current of 3.62mA/cm2,open circuit voltage of 0.72V, fill factor of 0.5465 and an overall conversion efficiency of 5.24% under irradiation 100mW/cm2 (AM1.5).发表论文：